一种茶叶炒制成形在线视觉检测的自动取样机的制作方法

本发明涉及一种人工智能机械，尤其采用视觉检测的茶叶自动取样机

背景技术：

随着人们生活水平的提高，越来越多的人喜欢喝茶，品茶，这也促进了茶产业的发展。众所周知，茶叶质量与其炒制的过程有很大的关系；因此在炒茶的过程中，如何随时准确的知道茶叶的炒制情况就显得很重要了。传统的观察方法是人工进行取样，通过人眼的观察，凭借经验来进行判断，这对于茶叶企业化、规模化生产来说就是一大瓶颈问题。有经验的操作员工数量有限、工资成本高昂，还有工作时间限制，同时也不能兼顾大量的茶叶炒制机器。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种茶叶炒制成形在线视觉检测的自动取样机，该机应能对茶叶进行自动取样以用于检测分析，以消除人为因素影响、提高检测率和检测工作效率的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种茶叶炒制成形在线视觉检测的自动取样机，包括安装在茶叶传动带旁的机架；其特征在于：所述机架上安装有用于在茶叶传送带上提取茶叶样品的接物勺于检测接物勺上所采集茶叶的图像的视觉图像采集机构、驱使接物勺轮番进行横向伸出及回缩以配合茶叶图像采集的横向间歇伸缩机构、驱使接物勺旋转以将采集图像后的茶叶倒回传送带的纵向间歇旋转机构以及为横向间歇伸缩机构和纵向间歇旋转机构提供动力的传动机构；

所述横向间歇伸缩机构包括可转动地定位在机架上以引入传动机构动力的横向间歇齿轮组、前端连有所述接物勺且可绕水平轴线转动地定位在机架上的伸缩套筒、可沿着水平导向槽滑动的滑块、两端分别与滑块以及横向间歇齿轮组中的曲柄铰接的连杆以及一端连接滑块而另一端连接所述伸缩套筒的推拉杆；

所述纵向间歇旋转机构包括可转动地定位在机架上以引入传动机构动力的一级间歇齿轮组以及将一级间歇齿轮组的运动传递至伸缩套筒的二级间歇齿轮组。

所述传动机构包括安装在机架上的电机、将电机动力输至横向间歇伸缩机构的横向带轮组件、驱动一级间歇齿轮组的锥齿轮组以及将电机动力输至锥齿轮组的纵向带轮组件。

所述横向间歇齿轮组包括固定在传动轴上的主动不完全齿轮、与主动不完全齿轮啮合的从动止锁完全齿轮以及固定着从动止锁完全齿轮和所述曲柄且与传动轴平行的曲柄轴。

所述一级间歇齿轮组包括由锥齿轮组驱动的一级主动不完全齿轮以及与一级主动不完全齿轮啮合的一级从动止锁完全齿轮；所述二级间歇齿轮组包括与一级从动止锁完全齿轮同轴连接的二级主动不完全齿轮以及与二级主动不完全齿轮啮合且固定在伸缩套筒后端的二级从动止锁完全齿轮；

固定一级主动不完全齿轮的第一轴、固定一级从动止锁完全齿轮与二级主动不完全齿轮的第二轴均与伸缩套筒的轴线相互平行。

所述伸缩套筒中的前级套筒内壁上制作有环绕圆周方向的双圈壁环，所述推拉杆的前端固定着与所述双圈壁环插嵌配合的推拉块。

所述视觉图像采集机构包括双目摄像头以及连通双摄像头与外部计算机的连接线。

所述横向间歇伸缩机构、纵向间歇旋转机构均通过安装架固定在机架上。

所述电机通过电机安装架固定在机架上。

所述视觉图像采集机构通过视觉图像采集机构安装架固定在机架顶端。

所述横向带轮组件包括分别固定在电机轴上以及传动轴上的两个带轮以及与两个带轮配合的V形带。

所述纵向带轮组件包括分别固定在传动轴上与主动锥齿轮轴上的两个纵向带轮以及与两个纵向带轮配合的纵向V形带。

本发明的工作原理是：电机启动，通过V形带轮带动横向间歇伸缩机构的曲柄作间歇性转动，通过连杆与滑块带动推拉杆沿着导向槽作间歇性的直线往返运动，推拉杆随之带动前级套筒和接物勺同时运动，实现了接物勺接住茶叶后间歇性的往返功能。在电机驱动横向间歇伸缩机构的同时，也带动纵向间歇旋转机构同步转动；纵向间歇旋转机构在经过两级止锁完全齿轮和不完全齿轮的变速下实现间歇性的转动，同时带动了伸缩传动轴和接物勺的间歇性旋转，从而实现了接物勺自动倒掉茶叶的功能。在每一个运动周期里，首先接物勺自动将茶叶带回停留在双目摄像机正下方，由摄像机进行拍照，然后另由检测仪器进行处理(图像处理、对茶叶的炒制情况进行检测分析)；拍照完成后，接物勺自动向前推，在推送的过程中接物勺发生90°的旋转，从而将茶叶倒入传送带，接物勺的另一面又进入下一周期的工作待命状态；以此周而复始循环运动。

本发明的有益效果是：

由于采用了基于视觉反馈的茶叶翻炒自动取样机构，可以脱离人工干预对茶叶进行自动摄像拍照取样，以配合检测仪器进行检测分析、得出检测结论，不但稳定提高了检测数据准确度，而且结构简单、占地面积小、大幅度节省了人工成本，能够极大地促进茶叶加工产业化、规模化。

附图说明

图1是本发明的工作状态示意图。

图2是本发明中机架的立体结构示意图。

图3是本发明中安装架的立体放大结构示意图。

图4是本发明中电机的立体结构示意图。

图5是本发明中横向间歇伸缩机构的立体放大结构示意图。

图6是本发明中伸缩套筒与横向间歇伸缩机构的连接关系示意图。

图7是本发明中伸缩套筒中一级套筒的立体放大结构示意图。

图8是本发明中伸缩套筒中单个套筒的横截面结构示意图。

图9是本发明中纵向间歇旋转机构的传动关系示意图。

图10是本发明中接物勺与伸缩套筒的连接关系示意图。

图11是本发明中双目摄像头的立体结构示意图。

图12是本发明中相邻套筒之间防滑脱结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例进一步说明。

附图所示的茶叶炒制成形在线视觉检测的自动取样机，设置在茶叶传送带1-3旁，在茶叶从传送带上方的炒制机出口落到传送带上的过程中，用接物勺进行茶叶取样收集，对炒制的茶叶在线进行检测。

本发明包括：机架1-1，固定在机架上的传动机构、横向间歇伸缩机构、纵向间歇旋转机构、视觉图像采集机构。横向间歇伸缩机构、纵向间歇旋转机构都直接固定在安装架1-2上，安装架又固定在机架上；视觉图像采集机构也通过视觉图像采集机构安装架2-4固定在机架上；传动机构为整个装置提供动力。

机架1-1中(参阅图2)：机架中间层上固定有电机安装板2-1，电机安装板上分布有用于安装电机的若干个电机安装孔2-2；机架顶部还有若干个安装架安装孔2-3，机架顶部左侧固定有视觉图像采集机构安装架2-4。

横向间歇伸缩机构中(参阅图5)：主动不完全齿轮5-6、带轮5-5同轴装配在传动轴5-3上；传动轴通过滚珠轴承5-2安装在安装架(定位在安装架的孔3-7、孔3-8中)上，带轮5-5与电机轴上的带轮4-3之间通过V形带4-1配合进行传动。与主动不完全齿轮啮合的从动止锁完全齿轮5-7，与曲柄5-8同轴固定在曲柄轴(曲柄轴定位在安装架的孔3-6中)上；连杆5-9的一端通过销钉与曲柄铰接，另一端与滑块连接板5-13铰接，滑块连接板与滑块5-12固定连接。导向槽3-5设置在安装架上(导向槽长度方向正对着茶叶传送带)，滑块5-13镶嵌在导向槽中，推拉块5-10通过细长的推拉杆5-11与滑块和滑块连接板连接。直径由大到小的一级套筒5-14、二级套筒5-15和三级套筒5-16配合连接在一起组成伸缩套筒；相邻套筒之间通过平行于母线的凸条5-19以及与凸条相配合的长槽滑动配合(参见图7、图8)，使得相邻套筒之间只能相互轴向滑动而不能相互转动。其中三级套筒(前级套筒；参见图11)的一端焊接有两面凹陷的接物勺5-1，另一端的内壁上固定着两个圆形壁环5-17、5-18(两圈壁环)，推拉块的直径略小于三级套筒的内径，镶嵌在两个圆形壁环之间，通过推拉圆形壁环5-18和5-17实现伸缩套筒的伸缩，从而实现接物勺的伸长和收缩。另外，为了防止相邻套筒之间滑脱，两个相邻套筒的端面部位进行如下改动；较大套筒的内圆周面上制作有小于内径的缩口5-21，较小套筒的外圆周面上制作有大于缩口的凸环；由于凸环无法越过缩口，因而能够阻止相邻套筒之间的滑脱。

纵向间歇旋转机构中(参阅图9)：锥齿轮轴通过轴承6-14安装定位在安装架的孔3-1处；被动锥齿轮6-2与主动锥齿轮6-13啮合传动，并与一级主动不完全齿轮6-4同轴装配在第一轴(被动锥齿轮轴)6-3上；第一轴安装定位在安装架的孔3-2处；一级从动止锁完全齿轮6-5与一级主动不完全齿轮啮合，与二级主动不完全齿轮6-6同轴装配在第二轴上；第二轴安装定位在安装架的孔3-3处；二级从动止锁完全齿轮6-7与二级主动不完全齿轮啮合，安装在一级套筒5-14的末端，一级套筒通过滚珠轴承6-8安装定位在安装架的孔3-4处。

视觉图像采集机构(参阅图1、图11)：外接线7-1连接在双目摄像头7-2上，双目摄像头装配在视觉图像采集机构安装架2-4上。

传动机构中(参阅图1、图4、图9)：电机4-2安装在机架上的电机安装板2-1上；带轮4-3装在电机轴上，纵向带轮6-10、带轮5-5同轴装配于传动轴5-3上，V形带4-1与带轮4-3以及带轮5-5配合，进行动力输出；纵向带轮6-11与锥齿轮(6-13)同轴装配于主动锥齿轮轴6-1上，纵向V形带6-9在纵向带轮6-10与纵向带轮6-11之间进行动力传递；连接线4-5连接在电机上，包括电源线和计算机控制线。

安装架中(参阅图3)：安装架上分布有各种孔，锥齿轮和带轮安装孔3-1、锥齿轮和一级主动不完全齿轮安装孔3-2、一级从动止锁完全齿轮与二级主动不完全齿轮安装孔3-3、一级套筒安装孔3-4、导向槽3-5、从动止锁完全齿轮与曲柄安装孔3-6、主动不完全齿轮与带轮3-7及带轮3-8的安装孔和安装架安装孔3-9。

工作原理详述

各装置都处于事先调试好的初始位置，整个机构安置于茶叶传送带旁边合适的距离，茶叶从炒茶机的出料口落下到传送带里，机构的接物勺运动行程处于出料口的下方，传送带的上方。当接物勺处于最大运动行程时，茶叶刚好能落在接物勺的中央凹陷槽里；当接物勺处于最小运动行程时，接物勺的最末端刚好处于传送段的最边缘且处于摄像机的正下方。

以电机转动两整圈为一个研究周期，每一圈又分为上半圈和下半圈来进行说明。

第一圈上半程，电机转动上半圈，通过传动率为1:1的带轮传动，与之配合的从动V带轮与同轴连接的横向间歇伸缩机构的主动不完全齿轮和纵向间歇旋转机构的主动V带轮同时转动半圈，主动不完全齿轮转动完有齿的部分，同时与之啮合的从动止锁完全齿轮转动半圈，通过曲柄、连杆滑块推拉杆的同步传动，接住茶叶的接物勺被拉回，将茶叶停留在视觉图像采集机构的正下方；与此同时，纵向间歇旋转机构的主动V带轮带动其与之配合的从动V带轮转动半圈，通过锥齿轮改变传动方向，带动纵向间歇旋转机构的一级主动不完全齿轮转完有齿的半圈，与之配合的一级从动止锁完全齿轮转动半圈，与此同轴连接的二级主动不完全齿轮转完无齿的半圈，二级从动止锁完全齿轮不转动，接物勺不发生转动。

第一圈下半程，电机转动下半圈完成一整圈的转动，横向间歇伸缩机构的主动不完全齿轮转动无齿的半圈，不实现传动，从动止锁完全齿轮不转动，接物勺静止停留在视觉图像采集机构正下方，此时时间段完成茶叶图像的采集；纵向间歇旋转机构的一级主动不完全齿轮转完无齿的半圈，不传动，接物勺不发生转动。

第二圈上半程，电机转动上半圈，横向间歇伸缩机构的主动不完全齿轮转动有齿的半圈，同时与之啮合的止锁完全齿轮转动半圈，通过曲柄、连杆滑块推拉杆的同步传动，接住茶叶的接物勺被送回至出料口的下方；在送回的过程中，由于纵向间歇旋转机构的一级主动不完全齿轮转动有齿的半圈，一级从动止锁完全齿轮转动半圈，与此同轴连接的二级主动不完全齿轮转完有齿的半圈，所以二级从动止锁完全齿轮转动半圈，带动伸缩轴和接物勺转动半圈，从而将茶叶倒入传送带。

第二圈下半程，电机转动下半圈完成一整圈的转动，横向间歇伸缩机构的主动不完全齿轮转动无齿的半圈，不实现传动，从动止锁完全齿轮不转动，接物勺静止停留在出料口的下方，接物勺的另一面实现对茶叶的装集(接物勺的两面都呈对称的凹陷面)；纵向间歇旋转机构的一级主动不完全齿轮转完无齿的半圈，不传动，接物勺不发生转动。

整个机构的每一个周期运动如上所述，实际运动中，每一个周期的运动时间可以通过对电机转速的控制而控制。整个机构循环往复的运动，在视觉图像采集机构采集的茶叶图像，经过检测仪器分析认为茶叶炒制合格的时候，控制电机停止转动，整个装置停止运行。